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基板预热对激光金属沉积成形过程热应力的影响 被引量:23
1
作者 龙日升 刘伟军 +2 位作者 邢飞 王华兵 卞宏友 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期241-247,共7页
为降低沉积过程的热应力,抑制成形过程中裂缝的产生,研究基板预热对激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)过程热应力的影响具有非常重要的意义。根据有限元分析中的'单元生死'思想,利用APDL(ANSYS parametric... 为降低沉积过程的热应力,抑制成形过程中裂缝的产生,研究基板预热对激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)过程热应力的影响具有非常重要的意义。根据有限元分析中的'单元生死'思想,利用APDL(ANSYS parametric design language)编程建立多道多层激光金属沉积成形过程的数值模拟模型,深入探讨基板未预热和预热到400℃时对成形过程热应力的影响。计算结果表明,基板预热到400℃可以显著降低成形过程中试样的热应力变化波动性,试样的Von Mises热应力最大值可降低10%左右,其中x方向热应力最大值可降低8.5%左右,z方向热应力最大值可降低8.1%左右。在与模拟过程相同的条件下,利用自行研制的激光金属沉积成形设备进行了成形试验,成形试验的结果与模拟结果基本吻合。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 基板预热 热应力 数值模拟
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扫描方式对激光金属沉积成形过程热应力的影响 被引量:24
2
作者 龙日升 刘伟军 +1 位作者 卞宏友 邢飞 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期74-81,共8页
为改善金属试样的成形质量,降低沉积过程的热应力,研究不同扫描方式下激光金属沉积成形过程中热应力的动态分布规律具有非常重要的意义。根据有限元中的'单元生死'技术,通过ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design langua... 为改善金属试样的成形质量,降低沉积过程的热应力,研究不同扫描方式下激光金属沉积成形过程中热应力的动态分布规律具有非常重要的意义。根据有限元中的'单元生死'技术,通过ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等填充扫描方式对整个成形过程热应力的影响,详细探讨了各种扫描方式下Von Mises热应力、x方向热应力、y方向热应力以及z方向热应力的动态分布规律,并分析热应力产生和分布的原因。在与模拟过程相同的条件下,实际成形试验所得结果与模拟结果吻合较好。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 扫描方式 热应力 数值模拟
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激光金属沉积成形的扫描方式 被引量:15
3
作者 卞宏友 刘伟军 +2 位作者 王天然 尚晓峰 张凯 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期170-175,共6页
扫描方式是激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)制造过程中的关键技术,在分析现有扫描方式及其对成形质量和成形效率影响的基础上,指出现有扫描方式的缺陷,并提出一种基于层面轮廓优化单调区分解的分区平行扫描方式... 扫描方式是激光金属沉积成形(Laser metal deposition shaping,LMDS)制造过程中的关键技术,在分析现有扫描方式及其对成形质量和成形效率影响的基础上,指出现有扫描方式的缺陷,并提出一种基于层面轮廓优化单调区分解的分区平行扫描方式。该方式基于极值顶点可见性原理,对分层后的断面轮廓进行去除内环、非单调多边形的单调剖分等处理,可最大限度地减少分区数量,获得若干个单调子区域。针对各单调子区域采用适应性变间距平行路径填充,可减小扫描线的长度,并保证均匀致密性填充。试验表明这种扫描方式能够提高成形效率和成形质量。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 顶点可见性 单调区 分区平行扫描
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激光金属沉积成形过程中温度场的数值模拟 被引量:18
4
作者 龙日升 刘伟军 尚晓峰 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期394-396,430,共4页
为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的"单元生死"技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布... 为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的"单元生死"技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 瞬态温度场 数值模拟
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基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响 被引量:6
5
作者 苏荣华 龙日升 +1 位作者 刘伟军 邢飞 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2009年第3期210-216,共7页
基板预热可以显著降低激光金属沉积成形(laser metal deposition shaping,LMDS)过程的热应力,从而抑制成形过程裂缝的产生,但基板预热温度的高低对成形零件的微观组织有着重要的影响,因此研究不同基板预热温度下激光金属沉积成形零件的... 基板预热可以显著降低激光金属沉积成形(laser metal deposition shaping,LMDS)过程的热应力,从而抑制成形过程裂缝的产生,但基板预热温度的高低对成形零件的微观组织有着重要的影响,因此研究不同基板预热温度下激光金属沉积成形零件的微观组织变化规律对基板预热温度的选择具有非常重要的意义.利用中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,采用Ni60A金属粉末在基板未预热和预热到200,300,400,500和600℃时分别进行成形试验.然后利用扫描电子显微镜和能量散射谱仪对成形试件的微观组织进行深入的研究,得到不同基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响规律,为基板预热温度的优化选择提供了重要参考. 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 基板预热 微观组织 偏析
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不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响 被引量:6
6
作者 苏荣华 刘伟军 龙日升 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2009年第1期44-49,67,共7页
为降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形,激光金属沉积成形往往需要进行基板预热,因此研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响具有非常重要的意义.根据有限元分析中的"... 为降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形,激光金属沉积成形往往需要进行基板预热,因此研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程温度场的影响具有非常重要的意义.根据有限元分析中的"单元生死"技术,利用APDL编程建立了基板预热对激光金属沉积成形过程温度场影响的三维多道多层数值模拟模型,详细分析了基板未预热和分别预热到200,300,400,500,600℃时对沉积成形过程温度场和温度梯度的影响.通过中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,在与模拟过程相同的参数下,利用镍基合金粉末在基板未预热和分别预热到300,400,500,560℃时进行了成形试验,试验结果跟数值模拟结果吻合较好. 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 基板预热 温度场 数值模拟
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激光金属沉积成形过程热应力的数值模拟 被引量:10
7
作者 龙日升 刘伟军 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期142-147,共6页
根据有限元分析中的“单元生死”技术,利用APDL编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程热应力的三维数值模拟。模拟采用了Gauss热源模型,并引入了沿长边的平行往复扫描方式。计算结果表明,熔池区域以及试样与基板相邻区域是高热... 根据有限元分析中的“单元生死”技术,利用APDL编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程热应力的三维数值模拟。模拟采用了Gauss热源模型,并引入了沿长边的平行往复扫描方式。计算结果表明,熔池区域以及试样与基板相邻区域是高热应力区,试样内部的热应力较小;试样沿厚度增加方向的热应力在沉积过程中幅值很大并且以拉伸应力为主,是导致试样产生裂缝的主要原因;沉积过程中沉积开始的位置对热应力的分布和强度影响很大,同一沉积层首道各节点热应力值几乎是末道各节点热应力值的一倍。在与模拟过程相同的条件下,实际成形试样裂缝的产生和发展规律与模拟结果相符。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 热应力场 数值模拟
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不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程热应力影响的研究 被引量:3
8
作者 苏荣华 刘伟军 龙日升 《制造技术与机床》 CSCD 北大核心 2009年第4期78-83,共6页
研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程热应力的影响,对于降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形具有非常重要的意义。根据有限元分析中的"单元生死"技术,编程建立了基板预热... 研究不同基板预热温度对激光金属沉积成形过程热应力的影响,对于降低成形过程的热应力,抑制成形过程裂缝的产生,减小成形过程试样和基板的翘曲变形具有非常重要的意义。根据有限元分析中的"单元生死"技术,编程建立了基板预热对激光金属沉积成形过程热应力影响的三维多道多层数值模拟模型,详细分析了基板未预热和分别预热到200℃、300℃、400℃、500℃、600℃时对沉积成形过程VonMise’s热应力、X方向、Y方向以及Z方向热应力的影响。在与模拟过程相同的参数下,利用镍基合金粉末分别在基板未预热和分别预热到300℃、400℃、500℃、600℃时进行了成形试验,试验的结果跟数值模拟结果吻合较好。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 基板预热 热行为 有限元 数值模拟
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激光金属沉积成形基板预热的研究 被引量:2
9
作者 孙少妮 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期608-610,共3页
为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集... 为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集反馈控制等3部分组成。利用自行研制的激光金属沉积成形设备和基板预热系统进行了成形实验。实验结果表明,基板预热可以改善试样的成形质量,降低成形过程的热应力。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 基板预热 热应力 质量
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激光金属沉积成形基板预热温度的控制
10
作者 孙少妮 龙日升 《机械设计与制造》 北大核心 2008年第10期120-122,共3页
为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。其中基板预热温度的控制由智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度... 为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。其中基板预热温度的控制由智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集反馈控制来完成。利用自行研制的激光金属沉积成形设备和基板预热系统进行了成形实验,实验结果表明该基板预热系统温度控制良好,可以满足实际应用的需要。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 基板预热 热应力 温度控制
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基于VC++的激光金属沉积成形过程温度采集
11
作者 龙安国 《电子工程师》 2008年第1期26-29,共4页
为了深入了解并控制成形过程中的温度分布,给出了激光金属沉积成形温度测量和采集系统的硬件组成以及标准串口通信软件设计流程图,通过在基材中预埋热电偶的方法,基于VC++,利用RS-232/RS-485和Win32 API函数实现了对激光金属沉积成形过... 为了深入了解并控制成形过程中的温度分布,给出了激光金属沉积成形温度测量和采集系统的硬件组成以及标准串口通信软件设计流程图,通过在基材中预埋热电偶的方法,基于VC++,利用RS-232/RS-485和Win32 API函数实现了对激光金属沉积成形过程的温度采集。结果表明,通过该系统可以得到成形过程中基板内特定点的温度变化曲线,反映了成形过程成形零件的温度分布规律,从而为数值模拟提供边界条件和实验验证,具有一定的实际运用价值。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 温度采集 RS-232/RS-485
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扫描方式对激光金属沉积成形过程温度的影响 被引量:8
12
作者 龙日升 刘伟军 +1 位作者 邢飞 姜淑娟 《光电子.激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期528-531,共4页
根据有限元中的"单元生死"技术,通过APDL(ANSYS Parametric Design Language)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等扫描方式对整个成形过程温度的影响,详细探讨了各种扫描方式下温度的动态分... 根据有限元中的"单元生死"技术,通过APDL(ANSYS Parametric Design Language)编程研究了沿长边平行往复、沿短边平行往复以及层间正交变向平行往复等扫描方式对整个成形过程温度的影响,详细探讨了各种扫描方式下温度的动态分布规律。在相同条件下,利用自行搭建的CCD比色熔池测量系统对成形过程的熔池温度进行采集。结果表明:通过CCD比色测温系统得到不同扫描方式下成形过程熔池区域的最高温度与数值模拟得到的基本相符,熔池区域的温度高低也与数值模拟得到的结果吻合。 展开更多
关键词 激光技术 激光金属沉积成形 扫描方式 数值模拟
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金属激光沉积成形分组平行扫描路径生成方法 被引量:15
13
作者 卞宏友 杨光 +3 位作者 李英 钦兰云 王维 尚纯 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期171-176,共6页
结合金属零件激光沉积成形工艺和现有平行扫描路径生成方法,分析局部过熔覆和欠熔覆问题的根本成因,提出一种基于轮廓极值点识别判断的金属零件激光沉积成形优化分组平行扫描路径生成方法。基于分层轮廓的外偏置轮廓采用极值点处增线式... 结合金属零件激光沉积成形工艺和现有平行扫描路径生成方法,分析局部过熔覆和欠熔覆问题的根本成因,提出一种基于轮廓极值点识别判断的金属零件激光沉积成形优化分组平行扫描路径生成方法。基于分层轮廓的外偏置轮廓采用极值点处增线式扫描的方法生成扫描填充线,避免因扫描间距误差引起成形层面轮廓局部边界缺损,保证成形零件具有一定的加工余量。提出基于极值点与过渡扫描线位置关系判断优化分组连接填充矢量的方法来生成分组扫描路径,避免扫描填充线不当连接引起的过熔覆。试验表明:这种扫描路径可有效提高成形层面平整度和工件质量,保障成形加工的顺利进行。 展开更多
关键词 金属激光沉积 分组平行扫描 轮廓极值点 扫描间距误差 过渡扫描线
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分区预热对金属激光沉积成形温度场的影响 被引量:1
14
作者 卞宏友 雷洋 +4 位作者 王婷 杨光 钦兰云 王维 韩双隆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1312-1318,共7页
为减小工件变形和防止工件开裂,提出了采用分区预热装置对基板成形区和近成形区进行分区预热,利用温差拉伸效应主动控制降低应力的新思路。利用ANSYS有限元中的"单元生死"技术,建立单道多层激光沉积成形过程三维温度场的数值... 为减小工件变形和防止工件开裂,提出了采用分区预热装置对基板成形区和近成形区进行分区预热,利用温差拉伸效应主动控制降低应力的新思路。利用ANSYS有限元中的"单元生死"技术,建立单道多层激光沉积成形过程三维温度场的数值模拟模型,深入研究了在基板成形区和近成形区施加不同预热温度以及两区形成不同预热温差(预热温差分别为100℃、200℃、300℃)状态下对成形过程温度场和温度梯度的影响规律,并指出相对于基板整体预热方式,基板分区预热方式下的成形过程温度梯度更趋于稳定,有利于降低热应力;上述分析结果可为分区预热装置设计、预热温度的选择优化提供指导依据。 展开更多
关键词 金属激光沉积 基板分区预热 温度场 数值模拟
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金属激光熔化沉积过程双时间步长法多尺度物理耦合场的数值模拟 被引量:1
15
作者 孔源 张海鸥 +2 位作者 高建成 陈曦 王桂兰 《真空》 CAS 2020年第4期77-84,共8页
使用激光金属熔化沉积成形方法制备金属零件时,如果能够提出一种方法来明确宏观工艺参数与成形件内部组织的关系,控制成形件内部组织演变,会提升成形件的力学性能。针对此类问题,本文通过数值模拟与工艺试验相结合的方法,使用双时间步... 使用激光金属熔化沉积成形方法制备金属零件时,如果能够提出一种方法来明确宏观工艺参数与成形件内部组织的关系,控制成形件内部组织演变,会提升成形件的力学性能。针对此类问题,本文通过数值模拟与工艺试验相结合的方法,使用双时间步长方法建立多尺度耦合多物理场模型,研究宏观工艺参数对微观组织演变的影响因素。并使用相同的工艺参数对数值模拟模型进行比对验证,得到了相对准确的结果,对激光金属熔化沉积成形过程的控形控性具有指导意义。 展开更多
关键词 激光金属熔化沉积 数值模拟 多尺度物理耦合场模型 钛合金
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快速成形自适应扫描路径的研究与实现 被引量:2
16
作者 卞宏友 刘伟军 王天然 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z1期486-488,共3页
结合激光金属沉积成形工艺和现有平行扫描路径生成方法分析了局部过熔覆或欠熔覆问题的根本成因。提出了一种自适应扫描路径生成方法,首先采用特征点和特征边识别的适应性扫描间距生成扫描填充线;然后提出基于待定过渡线中点和特征边位... 结合激光金属沉积成形工艺和现有平行扫描路径生成方法分析了局部过熔覆或欠熔覆问题的根本成因。提出了一种自适应扫描路径生成方法,首先采用特征点和特征边识别的适应性扫描间距生成扫描填充线;然后提出基于待定过渡线中点和特征边位置关系判断来优化连接填充矢量生成扫描路径。应用表明,自适应扫描路径有利于成形质量的提高。 展开更多
关键词 激光金属沉积成形 扫描间距误差 适应性扫描间距 分组扫描
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基于DMG MORI LASERTEC 65 3D加工中心的不锈钢粉末激光沉积增/减材复合制造 被引量:14
17
作者 张军涛 张伟 +4 位作者 李宇佳 胡松浩 黄松海 何天运 刘咏 《粉末冶金材料科学与工程》 EI 北大核心 2018年第4期368-374,共7页
采用国内首台增/减材复合加工中心——DMG MORI LASERTEC 65 3D,完成不锈钢粉末的增/减材复合制造,通过研究激光直接金属沉积成形的激光功率、扫描速度及送粉速度等増材工艺参数对不锈钢沉积层截面形状尺寸与表面粗糙度的影响,优化沉积... 采用国内首台增/减材复合加工中心——DMG MORI LASERTEC 65 3D,完成不锈钢粉末的增/减材复合制造,通过研究激光直接金属沉积成形的激光功率、扫描速度及送粉速度等増材工艺参数对不锈钢沉积层截面形状尺寸与表面粗糙度的影响,优化沉积工艺参数,测定沉积件的力学性能,并初步探究DMG MORI LASERTEC 653D复合加工中心对于不锈钢异型涡轮增压壳体的增材与减材复合制造的能力水平和应用空间。结果表明:最佳沉积工艺参数为:激光功率为2 400 W,扫描速度为1 000 mm/min,送粉速率为14 g/min,粉末沉积件获得理想的等轴晶组织,其抗拉强度和伸长率分别达到632 MPa和46.9%,与同材料的锻件相当。用DMG MORI LASERTEC65 3D复合加工中心,可完成不锈钢异型涡轮增压壳体的粉末激光直接金属沉积成形和5轴铣削的复合加工制造,在保证工件精度的前提下,能较好地实现如法兰钻孔、接头生产等难加工部件的一次性成形,较传统加工方式效率提高5~8倍。 展开更多
关键词 增材/减材复合制造 不锈钢粉末 激光直接金属沉积 显微组织 力学性能
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熔粉式激光直接沉积成形TC11钛合金工艺性研究(英文) 被引量:5
18
作者 黄柏颖 李怀学 +1 位作者 张元彬 巩水利 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期178-182,共5页
试验采用同轴送粉式激光直接沉积成形技术,分别使用脉冲式和连续式的激光方式在TC11合金锻件基体上沉积TC11钛合金。利用OM、SEM对沉积层的微观组织进行了分析,测试了沉积层的显微硬度。结果表明,纵观整个沉积层组织,两者沉积层表面光... 试验采用同轴送粉式激光直接沉积成形技术,分别使用脉冲式和连续式的激光方式在TC11合金锻件基体上沉积TC11钛合金。利用OM、SEM对沉积层的微观组织进行了分析,测试了沉积层的显微硬度。结果表明,纵观整个沉积层组织,两者沉积层表面光滑、均匀、连续,而且无结构缺陷;从微观组织上看,连续式具有枝晶组织,且具有外延生长特性,而脉冲式枝晶组织不明显;从晶粒形核生长形式看,两者非均匀形核特征显著;而且激光直接沉积成形层硬度与基体相比,两者都有较为明显的增强。 展开更多
关键词 TC11钛合金 增材制造 金属激光直接沉积 脉冲激光 外延生长
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